Calixarene-Functionalized Stable Bismuth Oxygen Clusters for Specific CO2-to-HCOOH Electroreduction

催化作用 法拉第效率 电催化剂 化学 可逆氢电极 配体(生物化学) 无机化学 材料科学 电化学 有机化学 物理化学 工作电极 电极 生物化学 受体
作者
Jingwen Shi,Shengnan Sun,Jiang Liu,Qian Niu,Long‐Zhang Dong,Qing Huang,Jingjing Liu,Rui Wang,Zhifeng Xin,Dongdi Zhang,Jingyang Niu,Ya‐Qian Lan
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (22): 14436-14444 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c02715
摘要

Designing and synthesizing well-defined crystalline catalysts for long-term electrocatalytic conversion of CO2 to specific products remain a great challenge. In this work, two very stable crystalline bismuth oxygen clusters functionalized by hydrophobic p-tert-butylthiacalix[4]arene ligand, Bi3 and Bi14, were constructed and treated as catalysts for efficient electrochemical CO2 reduction. Sandwich-type Bi3 with synergistic bi-bismuth exhibits a remarkable performance for CO2-to-HCOOH conversion with a faradaic efficiency (FEHCOOH) of 96.47% at −1.3 V (vs reversible hydrogen electrode) and durability over 27.5 h, while rodlike Bi14 with a monobismuth active site reached a maximum FEHCOOH of 92.76% at −1.2 V with durability over 23.9 h. Density functional theory calculation proves that adjacent double active bismuth atoms in Bi3 are more beneficial to stabilize the *OCHO intermediate and then promote the electrocatalytic reduction of CO2 to HCOOH than Bi14 with a single active site. This work represents the report of stable crystalline bismuth-oxo cluster catalysts for specific electrocatalytic CO2 reduction conversion.

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